Than sinh học và những tác động lên sức khỏe đất

Bài viết được đăng ở Kỷ yếu Hội nghị lần thứ nhất về An toàn thực phẩm và an ninh lương thực tổ chức tại trường Đại học Công nghiệp thực phẩm TP.HCM năm 2017

THAN SINH HỌC VÀ NHỮNG TÁC ĐỘNG LÊN SỨC KHỎE ĐẤT

Vũ Thùy Dương*, Nguyễn Minh Khánh, Nguyễn Thị Hạnh Nguyên, Nguyễn Ngọc Phi, Nguyễn Tấn Đức

Tổ CNSH Môi trường, Trung tâm Công nghệ Sinh học TP.HCM

*Tác giả liên lạc: duongthuy.158@gmail.com

TÓM TẮT

Than sinh học là sản phẩm thu được sau quá trình nhiệt phân các loại phế phụ phẩm nông nghiệp. Với các đặc tính vượt trội về diện tích bề mặt riêng lớn, độ xốp, độ dẫn điện và pH cao, bản chất là hệ carbon hữu cơ khi đưa vào đất như một chất cải tạo đất sẽ giúp nâng cao lượng mùn, tăng cường hoạt động vi sinh vật, khả năng giữ nước, giữ ẩm cùng chất dinh dưỡng nên tác động tích cực đến sức khỏe nền đất canh tác từ đó làm bước đệm giúp đảm bảo an ninh lương thực về lâu dài. Than sinh học cũng là chìa khóa quan trọng để lưu trữ carbon trong đất, giúp giảm phát thải khí nhà kính, chống biến đổi khí hậu toàn cầu. Các công trình nghiên cứu liên quan ở Việt Nam và trên thế giới trong nhiều năm qua đã và đang làm sáng tỏ các cơ chế tác động của than sinh học đến sức khỏe đất cũng như sức khỏe cây trồng nhằm tối ưu hóa hiệu quả của than sinh học khi ứng dụng rộng rãi trong canh tác nông nghiệp.

TỔNG QUAN

Hàng năm hoạt động sản xuất nông nghiệp ở Việt Nam tạo nên một lượng lớn phế phụ phẩm, theo báo cáo của Bộ NN-PTNT, năm 2006 vào khoảng 30 triệu tấn rơm rạ, 10-15 triệu tấn cám và trấu, 110-120 triệu tấn chất thải chăn nuôi (Trương Quốc Tùng, 2015). Thực tế lượng phế phụ phẩm này được xem là nguyên liệu đầu vào cho sản xuất phân bón hữu cơ, thức ăn chăn nuôi, làm chất đốt hoặc phục vụ các ngành công nghiệp. Tuy nhiên phần lớn nguồn phế phụ phẩm vẫn chưa được tái sử dụng đúng cách làm lãng phí tài nguyên và gây ô nhiễm môi trường (đối với chất thải chăn nuôi), đặc biệt làm tăng lượng phát thải khí nhà kính (khi sử dụng phế phụ phẩm cây trồng làm chất đốt theo phương pháp đốt thông thường) song song với những điều trên thì thực trạng nền đất canh tác đang bị thoái hóa, bạc màu trầm trọng đe dọa an ninh lương thực quốc gia làm tăng gấp đôi khó khăn cho toàn xã hội. Để giải quyết những thách thức này, các nhà khoa học trên thế giới đã đề nghị sản xuất và ứng dụng than sinh học rộng rãi hơn nhằm đáp ứng cho mục đích phát triển bền vững ngành nông nghiệp và rộng hơn là giảm thiểu tác động của biến đổi khí hậu về lâu dài thông qua việc lưu trữ khí CO2 từ không khí thành carbon hữu cơ trong đất thông qua việc nhiệt phân sinh khối nhằm thu khí syngas làm chất đốt và than sinh học làm chất cải tạo đất.

Trong gần 10 năm trở lại đây, ở nước ta bắt đầu một số nghiên cứu và ứng dụng than sinh học rải rác ở các đơn vị khác nhau nhưng phía trước vẫn còn nhiều việc cần làm vì khái niệm than sinh học (thuật ngữ tiếng anh là biochar) hàm chứa nhiều ý tưởng, kỹ thuật và công nghệ phức tạp, liên quan đa ngành từ năng lượng, hóa học, sinh học đến canh tác nông nghiệp và quản lý và xử lý ô nhiễm môi trường. Do đó để triển khai có hiệu quả công nghệ than sinh học đòi hỏi các nhà khoa học nghiên cứu và biên dịch nhiều hơn các tài liệu nước ngoài sang tài liệu tiếng Việt nhằm giúp các bên gồm nhà đầu tư, người canh tác, cơ quan quản lý và những nhà khoa học thuộc các chuyên ngành khác nhau hiểu được sức mạnh tổng hợp của than sinh học và đưa ra nhiều giải pháp linh hoạt khi ứng dụng trong thực tế.

Trong phạm vi một bài tham luận, bài viết xin điểm lại một số thông tin cơ bản về tác động của than sinh học đến sức khỏe đất và từ đó ảnh hưởng tích cực đến việc sản xuất nông nghiệp bền vững. Theo định nghĩa đơn giản, than sinh học (biochar) là sản phẩm giàu carbon (carbon-rich product) được thu nhận từ sinh khối, như gỗ, phân chuồng hoặc lá cây, rác vườn khi bị làm nóng (nung) trong một hộp kín với ít hoặc không có không khí (Lehmann & Joseph, 2009). Về thuật ngữ kỹ thuật, than sinh học được sản xuất thông qua quá trình nhiệt phân hợp chất hữu cơ trong điều kiện nguồn cung cấp oxy bị hạn chế và có nhiệt độ tương đối thấp (<700oC). Hiện nay các thiết bị sản xuất than sinh học sử dụng phương pháp khí hóa với tên thương mại là bếp sử dụng chất đốt xanh, thân thiện môi trường tương đối phổ biến ở nước ta. Khi sử dụng các thiết bị này ở quy mô nông hộ hay quy mô công nghiệp, người sử dụng thu được lợi ích kép là nhiệt lượng thu từ khí syngas phục vụ quá trình đun nấu hoặc sản xuất điện, chạy lò hơi, phần chất rắn còn lại sau quá trình khí hóa (là một trong ba dạng của phương pháp nhiệt phân) gọi là than sinh học có thể đưa vào đất làm chất cải tạo đất nếu được ủ hoạt hóa bằng phương pháp phối trộn với phân ủ (compost). Các nghiên cứu về ứng dụng than sinh học trong nông nghiệp tập trung làm rõ các tác động tích cực lẫn hạn chế của than sinh học từ những loại phế phụ phẩm khác nhau, được tạo thành từ những chế độ nhiệt phân khác nhau đến từng loại đất và cây trồng đặc thù. Khi ghép lại các kết quả nghiên cứu này, chúng ta sẽ có bộ giải pháp hoàn chỉnh giúp ứng dụng than sinh học trong thực tế đạt hiệu quả cao phù hợp với đặc điểm của từng vùng, miền.

Abrishamkesh và cộng sự (2015) chứng minh than sinh học đã tác động tích cực khi được áp dụng vào đất phèn, giúp tăng hàm lượng carbon hữu cơ trong đất, khả năng trao đổi cation, kali giữa đất và cây trồng, đồng thời tăng độ tơi xốp cho đất, và kích thích sự tăng trưởng cây họ đậu. Satriawan và Handayanto (2015) đã chỉ ra tác dụng cải tạo đất bạc màu của than sinh học, mặc dù không làm tăng photpho trong đất nhưng lại tác động gia tăng khả năng hấp thụ photpho khi thử nghiệm trên cây ngô.

Cho đến nay, kết quả từ nhiều nghiên cứu đã cho thấy than sinh học có phổ ứng dụng hiệu quả trên nhiều loại đất. Than sinh học giúp làm tăng đáng kể hàm lượng dinh dưỡng trong đất như P, K, Ca, Mg; giúp cải thiện rõ rệt chất lượng các loại đất có đặc tính khô như đất thịt pha cát và đất thịt pha đất sét (Yunhe Zhang và cộng sự, 2016). Không chỉ nâng cao chất lượng đất, than sinh học còn có tác dụng giải độc cho đất, thông qua việc hấp phụ kim loại nặng, tránh làm phát tán xuống nguồn nước ngầm. Theo nghiên cứu của Nigussie và cộng sự (2012), than sinh học đã hạn chế việc trao đổi và tích tụ crôm trong cây trồng. Ứng dụng trong xử lý đất ô nhiễm là một trong những hướng ứng dụng rất tiềm năng của than sinh học trong tương lai.

Ở Việt Nam, than sinh học không phải là một khái niệm quá mới, tuy nhiên những nghiên cứu cơ bản về than sinh học và ứng dụng của nó mới chỉ được thực sự quan tâm trong những năm gần đây. Năm 2012, Southavong và cộng sự đã nghiên cứu ảnh hưởng của chất cải tạo đất (than sinh học hoặc than củi) lên năng suất cây rau muống, và khả năng cải thiện độ phì đất tại Đồng bằng sông Cửu Long. Kết quả cho thấy than sinh học giúp tăng năng suất cây trồng, khả năng giữ nước cùng pH của đất phù sa. Khi được áp dụng lên cà chua trồng trên đất cát, than sinh học cũng cho thấy ảnh hưởng rõ lên chiều cao cây, số lượng lá, tỷ lệ đậu quả, khối lượng trung bình quả và năng suất của cây (Vũ Duy Hoàng, 2013). Than sinh học kết hợp với phân NPK khi bón cho lúa tại tỉnh Hưng Yên, giúp cải thiện được các đặc tính hóa học của đất đồng thời tăng năng suất lúa lên nhiều lần (Nguyễn Mỹ Hoa, 2014).

Trong bối cảnh diện tích đất sản xuất đang ngày càng thu hẹp, chất lượng nền đất đang một thoái hóa, rửa trôi do kỹ thuật canh tác không phù hợp, việc lạm dụng thuốc trừ sâu và các phân bón hóa học cũng như tác động không thể tránh khỏi bởi biến đổi khí hậu, cùng với tình hình nguồn phế phụ phẩm dồi dào, sẵn có và những tác dụng tích cực đã được chứng minh, than sinh học được coi là một vật liệu cải tạo đất với nhiều tiềm năng cần được nhân rộng (Lehmann & Joseph, 2009).

Định hướng của Việt Nam hiện nay là ưu tiên phát triển nông nghiệp hữu cơ bền vững, ứng dụng các mô hình canh tác thân thiện môi trường, không phát thải. Đầu năm 2012, Thủ tướng Chính phủ đã ban hành quyết định số 01/2012/QĐ-TTG về một số chính sách hỗ trợ việc áp dụng Quy trình thực hành sản xuất nông nghiệp tốt trong nông nghiệp, lâm nghiệp và thủy sản, trong đó có nông nghiệp hữu cơ. Gần đây, Bộ NN & PTNT khẳng định sự hỗ trợ có phần mạnh mẽ hơn đối với nông nghiệp hữu cơ, thông qua việc phê duyệt Chương trình khung nghiên cứu khoa học và công nghệ ngành Nông nghiệp và PTNT giai đoạn 2013-2020.

Như vậy, nghiên cứu và ứng dụng than sinh học tại Việt Nam là một xu thế tất yếu, chứa đựng nhiều ưu điểm, phù hợp với định hướng phát triển bền vững và xu hướng chung của thế giới, trên hết là việc ứng dụng than sinh học đáp ứng nhu cầu cấp bách việc phục hồi và nâng cao sức khỏe nền đất canh tác ở Việt Nam, là hậu phương vững chắc cho an ninh lương thực quốc gia.

ẢNH HƯỞNG THAN SINH HỌC ĐẾN SỨC KHỎE ĐẤT

Từ năm 2016, Tổ CNSH Môi trường đã thực hiện nghiên cứu về khả năng ứng dụng than sinh học từ trấu và vỏ cà phê sản xuất bằng phương pháp khí hóa nhằm nâng cao chất lượng đất và đánh giá hiệu quả trên các loại cây trồng, trong đó đặc tính khả năng giữ nước được nghiên cứu trên đất bazan và đất xám cho kết quả khả quan, chứng tỏ đây là một ứng viên phù hợp khi được dùng cải tạo và giữ ẩm cho đất. Tuy nhiên, khả năng giữ nước phụ thuộc rất nhiều vào nguồn nguyên liệu sản xuất và điều kiện nhiệt phân, do đó không thể dùng một loại than sinh học nhất định để đại diện cho các đặc tính của các loại khác nhau (Vũ Thùy Dương và cộng sự, 2017).

Bên cạnh đó, than sinh học có pH khá cao (từ 10 – 12) nên khi bổ sung vào đất bazan đã giúp trung hòa độ chua vốn có của đất, giúp đất ổn định pH về trung tính. Lý giải cho điều này, A. Nigussie cho rằng sự có mặt của than sinh học làm cho lượng tro trong đất tăng lên, kéo theo sự tích tụ muối carbonate của các kim loại kiềm và kiềm thổ là lý do giúp pH của đất tăng. Khi bổ sung than sinh học với các tỷ lệ 0.3, 1 và 3kg/m2, độ dẫn điện EC của đất tăng lên hơn so với nghiệm thức đối chứng. Độ dẫn điện là một đại lượng đặc trưng cho sự trao đổi các ion và độ mặn của đất, khi giá trị này tăng lên là dấu hiệu tốt cho việc trao đổi các khoáng chất giữa đất và cây trồng, nhưng nếu cao quá sẽ gây tác động bất lợi. Với hàm lượng than sinh học được tính toán bổ sung phù hợp sẽ giúp cây trồng phát triển tốt và hạn chế các tác động không mong muốn.

Dung trọng của đất giảm rõ rệt khi được bổ sung than sinh học đồng nghĩa độ tơi xốp của đất tăng, tạo điều kiện cho nước được giữ lại trong các khoảng hở, mao quản của đất, giúp độ ẩm được duy trì trong một thời gian dài. Trong một nền đất vừa thoáng khí và có độ ẩm thì tác động dây chuyền sẽ kích thích sự phát triển hệ vi sinh hiếu khí có lợi trong đất hoạt động, giúp tăng cường các quá trình sinh địa hóa trong đất và rễ cây từ đó nâng cao sức khỏe sinh học của nền đất canh tác cũng như cây trồng.

Về phương diện hóa học, mùn hay carbon hữu cơ trong đất là chỉ tiêu quan trọng đại diện cho độ phì nhiêu đất, có tính chất quyết định đối với các tính chất vật lý, hóa học và sinh học của đất. Sau một thời gian bổ sung than sinh học, lượng mùn trong đất tăng lên một cách đáng kể. Đây là giá trị của việc ứng dụng than sinh học để cải tạo đất. Mặc dù việc bón than sinh học không trực tiếp làm gia tăng hàm lượng photpho và nito trong đất nhưng sự có mặt than sinh học giúp tăng khả năng hấp thụ các nguồn dinh dưỡng này ở cây trồng và hỗ trợ cho nhóm vi sinh vật cố định đạm và phân giải lân hoạt động, giúp tăng các chất dinh dưỡng này theo thời gian.

Đồng thời với diện tích bề mặt lớn, độ xốp cao, khi bổ sung vào đất, than sinh học được coi là nơi cư trú thích hợp cho bào tử nấm nội cộng sinh. Bào tử nấm rễ nội cộng sinh là một chỉ thị sinh học mới nhưng rất quan trọng trong đánh giá tính chất đất. Sự có mặt và phát triển của bào tử nấm nội cộng sinh giúp tăng cường dưỡng chất hấp thu cho cây trồng, cùng với các hoạt động trao đổi chất của hệ sợi nấm thì cây trồng cũng tăng cường các hoạt động hấp thu và trao đổi khoáng chất môi trường ngoài cũng như tăng sức đề kháng với các loại vi sinh vật gây hại. Vì vậy, khi đưa than sinh học vào đất đã trực tiếp thay đổi môi trường đất theo hướng có lợi với hệ sinh vật và cây trồng, từ đó đóng góp đáng kể cho sự phát triển bền vững nông nghiệp.

Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của than sinh học đến năng suất cà phê tại Đăk Nông (2016-2017)

KẾT LUẬN

Với các thông tin nêu trên, bài viết hy vọng đã làm khái niệm về than sinh học trở nên gần gũi và dễ hiểu, nhất là làm rõ những tác dụng to lớn trong việc ứng dụng than sinh học để nâng cao sức khỏe đất. Nhóm tác giả mong muốn được hợp tác với các đơn vị đang nghiên cứu về chủ đề này, với những nhà nông đã triển khai ứng dụng than sinh học tại khu vực của mình, nhà quản lý đang triển khai các chương trình carbon thấp, giảm phát thải khí nhà kính và nhà đầu tư muốn đưa nguồn vốn vào các công nghệ tạo lợi thế cạnh tranh về lâu dài. Qua việc hợp tác đa dạng với nhiều bên, chúng ta sẽ có cơ hội phát hiện những vướng mắc, khó khăn để có thể cùng thảo luận, tìm cách tháo gỡ để làm cho việc ứng dụng than sinh học đạt hiệu quả hơn.

Chúng tôi xin được chia sẽ nhận định rằng than sinh học không phải là một loại “thần dược” hay giải pháp toàn diện mà ta có thể thấy được những tác dụng diệu kỳ ngay trong phút chốc. Tuy nhiên, về lâu về dài việc sử dụng than sinh học là một trong những cách giúp con người trả lại thiên nhiên những thứ đã vay mượn, là cách bảo vệ chính nguồn sống của chúng ta, là ta đang sống cho mình và có trách nhiệm với thế hệ mai sau.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

  1. Trương Quốc Tùng (2015). Xây dựng mô hình “Làng nghề Sinh học” phục vụ sản xuất nông nghiệp sạch và phát triển nông thôn xanh, sạch, bền vững. Tạp chí Trái đất xanh 64.
  2. Lehmann, S. Joseph, (2009). Biochar for Environmental Management: Science And Technology (1st ed.). Earthscan.
  3. Abrishamkesh, M. Gorji, H. Asadi, G.H. Bagheri-Marandi, A.A. Pourbabaee, (2015): Effects of rice husk biochar application on the properties of alkaline soil and lentil growth. Plant, Soil and Environment, 61: 475–482.
  4. D. Satriawan, E. Handayanto, (2015): Effects of biochar and crop residues application on chemical properties of a degraded soil of South Malang, and P uptake by maize, Journal of Degraded and Mining Lands Management, 2: 271 – 280.
  5. Zhang, O.J. Idowu, C.E. Brewer, (2016): Using agricultural residue biochar to improve soil quality of desert soils, Agriculture 6(10).
  6. Nigussie, E. Kissi, M. Misganaw, G. Ambaw, (2012): Effect of Biochar Application on Soil Properties and Nutrient Uptake of Lettuces (Lactuca sativa) Grown in Chromium Polluted Soils, American-Eurasian J. Agric. & Environ. Sci., 12 (3): 369-376.
  7. Southavong, T.R. Preston, N.V. Man, (2012): Effect of biochar and charcoal with staggered application of biodigester effluent on growth of water spinach (Ipomoea aquatica), Livestock Research for Rural Development 24 (2).
  8. Vũ Duy Hoàng, Nguyễn Tất Cảnh, Nguyễn Văn Biên, Nhữ Thị Hồng Linh, (2013): Ảnh hưởng của biochar và phân bón lá đến sinh trưởng và năng suẩ cà chua trồng trên đất cát, Tạp chí Khoa học và Phát triển, 11(5): 603-613.
  9. Nguyễn Mỹ Hoa, (2013): Khảo sát khả năng hấp phụ đạm bởi biochar trong điều kiện ủ háo khí
  10. Quyết định số 01/2012/QĐ-TTG của Thủ tướng Chính phủ (9/1/2012), Về một số chính sách hỗ trợ việc áp dụng Quy trình thực hành sản xuất Nông nghiệp tốt trong nông nghiệp, lâm nghiệp và thủy sản.
  11. Quyết định số 1259/QĐ-BNN-KHCN của Bộ NN-PTNT (4/6/2013), Phê duyệt chương trình khung nghiên cứu Khoa học và Công nghệ ngành Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn giai đoạn 2013 – 2020.
  12. Vu Thuy Duong, Nguyen Minh Khanh, Nguyen Thi Hanh Nguyen, Nguyen Ngoc Phi, Nguyen Tan Duc, Duong Hoa Xo. Impact of biochar on the water holding capacity and moisture of basalt and grey soil. Journal of Science Ho Chi Minh City Open University 7(2) (2017) 36-43.

BIOCHAR AND ITS IMPACT ON SOIL HEALTH

Vu Thuy Duong*, Nguyen Minh Khanh, Nguyen Thi Hanh Nguyen, Nguyen Ngoc Phi, Nguyen Tan Duc

Biotechnology Center of Ho Chi Minh City

*Corresponding author: duongthuy.158@gmail.com

ABSTRACT

Biochar is the product obtained from pyrolysis process of agricultural waste. Novel characteristics of biochar have been proven such as large surface area, high porosity, electrical conductivity (EC) and pH, large amount of organic carbon, this material is a good candidate which can be used as soil enhancer or soil conditioner. Once applied into soil, biochar will increase the humus content, water holding capacity, moisture and nutrition retention as well as microbial activity which finally resilient the soil health and therefore it is a fortress for food security assurance. Biochar can play also an important role as carbon sequestration in terms of reducing greenhouse emission which could prevent climate change in long term. A number of studies in Vietnam and other countries have been conducted to explain the mechanism behind biochar impact on soil health as well as plant development with the aim to optimize the positive effects of biochar when widely introduced in agriculture.

Keyword: biochar, pyrolysis, soil health, carbon sequestration, water holding capacity

Share:

Author: Diệu Tâm

Tư duy toàn cầu, hành động địa phương.

2 thoughts on “Than sinh học và những tác động lên sức khỏe đất

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *